JP5888571B2 - 光学フィルム - Google Patents

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Description

本発明は、樹脂組成物及びこれを用いて形成された光学フィルムに関するもので、より詳細には、アルキル(メタ)アクリレート系単位及びスチレン系単位を含む共重合体と、主鎖にカーボネート部を有する芳香族系樹脂と、を含む樹脂組成物及びこれを用いて形成された偏光板用保護フィルムに関する。
液晶ディスプレイは、陰極線管ディスプレイに比べて消費電力が低く、体積が小さくかつ軽くて携帯しやすいため、光学ディスプレイ素子としてその普及が拡大しつつある。一般に、液晶ディスプレイは、液晶セルの両側に偏光板を設置した基本構成を有し、駆動回路の電界が印加されるか否かによって液晶セルの配向が変わり、偏光板を通じて示された透過光の特性が異なるようになって光の可視化が行われる。
一般に、偏光板は多様な成分で構成される。まず、偏光子の両面に保護膜になる偏光子保護フィルムが接着剤によって付着される。偏光フィルムの一面には粘着剤によって偏光フィルム用保護フィルムが付着され、他面には光視野角位相差フィルム、その上に粘着層によって離型保護フィルムが付着される。
偏光子は、ポリビニルアルコール(PVA)などの親水性高分子にヨードまたは二色性染料を吸着させ、延伸配向させたものが用いられる。偏光子の耐久性及び機械的物性を増大させるためには偏光子保護フィルムが用いられる。このとき、保護フィルムには、偏光子の偏光特性のような光学特性を維持させることが重要である。よって、上記偏光子保護フィルムには、光学的透明性及び等方性が求められ、耐熱性及び粘着剤/接着剤との接着性が重要な因子として作用する。
上記偏光板内の偏光子、偏光子保護フィルム、離型保護フィルム、光視野角位相差フィルムなどは相互間に接着剤または粘着剤を介して付着され、各構成フィルムとの接着力は偏光板の光学特性及び耐久性に重要な因子として作用する。
上記偏光子保護フィルムとしては、要求特性に基づいてトリアセチルセルロースのようなセルロース系フィルム、ポリエステル系フィルム、ポリアクリレート系フィルム、ポリカーボネート系フィルム、環状オレフィン系フィルム、ノルボルネン系フィルムなどが適用されることができ、特に、トリアセチルセルロース系フィルムが最も広く使用されている。
しかし、トリアセチルセルロース系フィルムは、面内位相差値は小さいが厚さ方向位相差値が比較的大きいため、外部応力の作用による位相差値が発現するという問題がある。特に、トリアセチルセルロース系フィルムは、分子鎖構造内に親水性官能基が多くて透湿率が大きくなり、耐熱/耐湿の条件において保護フィルムの変形が発生したり、偏光子でヨードイオンの解離が発生して偏光子の偏光性能が低下するという問題点がある。特に、液晶ディスプレイ装置の高温高湿試験時に発生するトリアセチルセルロースフィルムの変形は、フィルム内に不均一な光学的異方性を発現させ、その結果、光漏れ現象のような問題が発生する。
一方、透明性及び光学等方性に優れた材料としては、ポリメチル(メタ)アクリレートなどのアクリル系樹脂が知られている。しかし、アクリル系樹脂は、外部衝撃によって割れやすく、高温高湿条件では低耐熱性によって偏光板の偏光性能が低下するおそれがある。
これにより、本発明の一側面は、光学的特性に優れるとともに、強度及び耐熱性など耐久性に優れた光学フィルムを製造するための樹脂組成物を提供する。
本発明の他の側面は、上記のような樹脂組成物を用いて製造された光学フィルムを提供する。
本発明の一見地によると、(A)(a)アルキル(メタ)アクリレート系単位及び(b)スチレン系単位を含む共重合体と、(B)主鎖にカーボネート部を有する芳香族系樹脂と、を含む樹脂組成物が提供される。
上記(a)アルキル(メタ)アクリレート系単位のアルキル部(moiety)は、メチル基またはエチル基であることが好ましい。
上記(b)スチレン系単位は、スチレンのベンゼン環またはビニル基にC1−4アルキル及びハロゲンを含む基から選択される一つ以上の置換基で置換されたスチレンを含むことが好ましい。
上記(B)主鎖にカーボネート部を有する芳香族系樹脂は、下記化学式で示される少なくとも1種の単位を5〜10,000個含むことが好ましい。このとき、Xは少なくとも一つのベンゼン環を含む2価基である。
[化学式1]
Figure 0005888571
上記Xは、下記構造式からなる群より選択された2価基であることが好ましい。
[構造式]
Figure 0005888571
上記(A)共重合体及び(B)芳香族系樹脂は、90:10〜99.5:0.5の重量比で混合されることが好ましい。
上記(A)共重合体は、(c)少なくとも一つのカルボニル基で置換された3〜6元素ヘテロ環単位をさらに含むことが好ましい。
上記(c)少なくとも一つのカルボニル基で置換された3〜6元素ヘテロ環単位は、マレイン酸無水物、マレイミド、グルタル酸無水物、グルタルイミド、ラクトン及びラクタムからなる群より選択されることができる。
上記(A)共重合体は、(a)アルキル(メタ)アクリレート系単位、(b)スチレン系単位及び(c)少なくとも一つのカルボニル基で置換された3〜6元素ヘテロ環単位からなる群より選択された2元共重合体の組み合わせを含むことが好ましい。
上記(A)共重合体は、共重合体100重量部に対して(a)アルキル(メタ)アクリレート系単位80〜99.9重量部及び(b)スチレン系単位0.1〜20重量部を含むことが好ましい。
上記(A)共重合体は、共重合体100重量部に対して(a)アルキル(メタ)アクリレート系単位80〜99.9重量部、(b)スチレン系単位0.1〜10重量部及び(c)少なくとも一つのカルボニル基で置換された3〜6元素ヘテロ環単位0.1〜10重量部を含むことが好ましい。
上記(A)共重合体及び(B)芳香族系樹脂は、90:10〜99.5:0.5の重量比で混合されることが好ましい。
上記樹脂組成物は、コンパウンディング樹脂であることが好ましい。
本発明の他の見地によると、上記樹脂組成物を用いて形成された光学フィルムが提供され、上記光学フィルムは偏光板用保護フィルムであることが好ましい。
本発明による樹脂組成物は、光学的特性及び光学的透明度に優れるとともに、ヘイズが少なく、機械的強度及び耐熱性に優れた光学フィルムを提供することができる。これにより、本発明の樹脂組成物を用いて形成された光学フィルムは、多様な用途でディスプレイ装置などの情報電子装置に用いられることができる。
以下では、本発明の好ましい実施例について説明する。しかし、本発明の実施例は様々な他の形態に変形されることができ、本発明の範囲は以下で説明する実施例に限定されない。また、本発明の実施例は、当該技術分野で平均的な知識を有する者に本発明をより完全に説明するために提供されるものである。
本発明によると、(A)(a)アルキル(メタ)アクリレート系単位及び(b)スチレン系単位を含む共重合体と、(B)主鎖にカーボネート部を有する芳香族系樹脂と、を含む樹脂組成物が提供される。
本発明において、上記(a)アルキル(メタ)アクリレート系単位は、延伸過程においてフィルムに負の面内位相差(Rin)及び陰の厚さ方向位相差(Rth)を弱く与え、上記スチレン系単位は、負の面内位相差(Rin)及び陰の厚さ方向位相差(Rth)を強く与えることができる。また、(B)主鎖にカーボネート部を有する芳香族系樹脂は、正の面内位相差(Rin)の特性及び陽の厚さ方向位相差(Rth)の特性を与えることができる。
ここで、負の面内位相差は面内で延伸方向と垂直した方向に屈折率が最も大きくなること、正の面内位相差は延伸方向に屈折率が最も大きくなること、陰の厚さ方向位相差は厚さ方向の屈折率が面方向平均屈折率より大きいこと、陽の厚さ方向位相差は面内平均屈折率が厚さ方向屈折率より大きいことを意味する。
上記した各単位の特性によって製造される光学フィルムの位相差特性は、各成分の組成、延伸方向、延伸比及び延伸方法により異なることができる。したがって、本発明では、上記各成分の組成及び延伸方法を調節することで、特に、ゼロ(0)位相差フィルム、即ち、保護フィルムとして用いられることができる光学フィルムを製造することができる。
本明細書において、共重合体とは「単位」で言及された要素が単量体として重合されて共重合体樹脂内に繰り返し単位として含まれることを意味する。また、上記共重合体は、ブロック共重合体またはランダム共重合体であることができるが、共重合形態はこれに制限されない。
また、本明細書において、「アルキル(メタ)アクリレート系単位」とは、「アルキルアクリレート系単位」及び「アルキルメタクリレート系単位」をともに含むことを意味する。上記アルキル(メタ)アクリレート系単位のアルキル部(moiety)は、炭素数1〜4であることが好ましく、メチル基またはエチル基であることがより好ましい。上記アルキルメタクリレート系単位は、メチルメタクリレートであることがより好ましいが、これに制限されない。
本発明において、上記(b)スチレン系単位は、置換されていないスチレン単位を用いることができるが、スチレンのベンゼン環またはビニル基に脂肪族炭化水素及びヘテロ原子を含む基から選択される一つ以上の置換基で置換されたスチレンを含み、より詳細には、C1−4アルキルまたはハロゲンで置換された単位を用いることができる。より好ましくは、α−メチルスチレン、p−ブロモスチレン、p−メチルスチレン及びp−クロロスチレンからなる群より選択される1種以上を用いることができる。最も好ましくは、スチレン、α−メチルスチレン及びp−メチルスチレンからなる群より選択される1種以上を用いることができる。
また、本発明において、上記(B)主鎖にカーボネート部を有する芳香族系樹脂は、下記化学式で示される少なくとも1種の単位を5〜10,000個含むことが好ましい。
[化学式1]
Figure 0005888571
上記式において、Xは少なくとも一つのベンゼン環を含む2価基である。より詳細には、上記Xは下記構造式からなる群より選択された2価基であることが好ましい。
[構造式]
Figure 0005888571
上記(A)共重合体は、共重合体100重量部に対して(a)アルキル(メタ)アクリレート系単位80〜99.9重量部及び(b)スチレン系単位0.1〜20重量部を含むことが好ましい。上記(a)アルキル(メタ)アクリレート系単位が80重量部未満含まれる場合は光学フィルムの透過度が阻害されるという問題があり、99.9重量部を超過して含まれる場合は光学フィルムの耐熱度に問題があり得る。また、上記(b)スチレン系単位が0.1重量部未満含まれる場合は光学フィルムの位相差制御に問題があり、20重量部を超過して含まれる場合は芳香族系樹脂との混和性に問題がある。
上記(A)共重合体及び(B)芳香族系樹脂は、90:10〜99.5:0.5の重量比で混合されることが好ましく、95:5〜99:1で混合されることがより好ましい。共重合体がこれより少ない量で含まれる場合は光学フィルムの位相差制御に問題があり、これを超過する量で含まれる場合は共重合体と芳香族系樹脂との混和性に問題があるため光学フィルムの透過度を阻害する可能性がある。
また、上記(A)共重合体は、(c)少なくとも一つのカルボニル基で置換された3〜6元素ヘテロ環単位をさらに含むことが好ましい。上記ヘテロ環単位は、マレイン酸無水物、マレイミド、グルタル酸無水物、グルタルイミド、ラクトン及びラクタムからなる群より選択されることができる。少なくとも一つのカルボニル基で置換された3〜6元素ヘテロ環単位は、樹脂組成物によって製造されたフィルムに優れた耐熱性を提供することができる。また、上記羅列された単位は、芳香族系樹脂と優れた相溶性を示し、上記羅列された(c)単位及び(a)アルキル(メタ)アクリレート系単位が共重合体を構成する場合、共重合体と芳香族系樹脂との相溶性を向上させることができる。
(c)少なくとも一つのカルボニル基で置換された3〜6元素ヘテロ環単位をさらに含む上記(A)共重合体は、共重合体100重量部に対して(a)アルキル(メタ)アクリレート系単位80〜99.9重量部、(b)スチレン系単位0.1〜10重量部及び(c)少なくとも一つのカルボニル基で置換された3〜6元素ヘテロ環単位0.1〜10重量部を含むことが好ましい。
上記(a)アルキル(メタ)アクリレート系単位が80重量部未満含まれる場合は光学フィルムの透過度を阻害するという問題があり、99.9重量部を超過して含まれる場合は光学フィルムの耐熱特性の低下問題がある。(b)スチレン系単位が0.1重量部未満含まれる場合は光学フィルムの位相差制御に問題があり、10重量部を超過して含まれる場合は芳香族系樹脂との混和性に問題があるため光学フィルムの透過度を阻害するヘイズをもたらす可能性がある。(c)少なくとも一つのカルボニル基で置換された3〜6元素ヘテロ環単位が0.1重量部未満含まれる場合は光学フィルムの耐熱性が低下するという問題があり、10重量部を超過して含まれる場合は樹脂特性が不安定(brittle)になるため製造された光学フィルムが割れやすい状態になり得る。
また、(c)少なくとも一つのカルボニル基で置換された3〜6元素ヘテロ環単位をさらに含む上記(A)共重合体及び(B)芳香族系樹脂は、90:10〜99.5:0.5の重量比で混合されることが好ましい。共重合体がこれより少ない量で含まれる場合は光学フィルムの位相差制御に問題があり、これを超過する量で含まれる場合は芳香族系樹脂との混和性に問題がある。
一方、本発明による樹脂組成物は、上記した成分をコンパウンディング法のような当該技術分野においてよく知られている方法によってブレンディングすることで製造することができる。また、上記成分の溶融混合は、押出機などを用いることで行われることができる。
なお、上記樹脂組成物は、一般的に用いられる潤滑剤、酸化防止剤、UV安定剤、熱安定剤などの当該技術分野においてよく知られている添加剤を必要に応じて0.01〜1.0重量部含むことができる。
本発明による光学フィルムは、上記のような樹脂組成物を用いて形成されることができる。具体的には、本発明による光学フィルムは、上記樹脂組成物を得た後、フィルムを成形する段階を含んで製造することができ、上記フィルムを一軸または二軸延伸する段階をさらに含ませることができる。
本発明による光学フィルムの製造時には、当該技術分野において知られているいかなる方法、具体的には、押出成形法を用いることができる。例えば、上記樹脂組成物を真空乾燥して水分及び溶存酸素を除去した後、原料ホッパ(hopper)から押出機までを窒素置換したシングルまたはツイン押出機に供給し、高温で溶融して原料ペレットを得てから、得られた原料ペレットを真空乾燥し、原料ホッパから押出機までを窒素置換したシングル押出機で溶融する。その後、コートハンガータイプのT−ダイに通過させ、クロムめっきキャスティングロールや乾燥ロールなどを経てフィルムを製造することができる。また、上記フィルムを一軸または二軸延伸する段階をさらに含むことができる。
上記本発明の樹脂組成物を用いて形成された光学フィルムは、その厚さが5〜300μmであることが好ましいが、これに制限されない。上記光学フィルムの光透過度は90%以上、ヘイズ(haze)特性は2.5%以下、好ましくは1%以下、より好ましくは0.5%以下の範囲を有することができる。上記光学フィルムの光透過度が90%未満、ヘイズが2.5%を超過する場合は、このような光学フィルムが用いられる液晶表示装置の輝度が減少しかねない。
本発明による光学フィルムのガラス転移温度は、110℃以上であることが好ましく、120℃以上であることがより好ましい。上記樹脂組成物のガラス転移温度は200℃以下であることができるが、これに制限されない。ガラス転移温度が110℃未満である場合は、耐熱性が不足して高温高湿条件においてフィルムの変形が発生しやすく、フィルムの補償特性が不均一になるという問題がある。
また、上記樹脂組成物の重量平均分子量は、耐熱性、加工性、生産性の側面などにおいて5万〜50万であることが好ましい。
本発明による光学フィルムは、偏光板用保護フィルムの用途で製造されることが好ましい。特に、偏光板は、一般的に偏光子に保護フィルムとしてトリアセチルセルロース(TAC)フィルムをポリビニルアルコール系水溶液からなる水系接着剤で積層させた構造を有する。しかし、偏光子として用いられたポリビニルアルコールフィルム及び偏光子用保護フィルムとして用いられたTACフィルムは、ともに耐熱性と耐湿性が十分ではない。これにより、上記フィルムからなる偏光板を高温または高湿の雰囲気下において長時間用いると、偏光度が低下したり、偏光子と保護フィルムが分離されたり、光特性が低下して用途面において多様な制約を受けるため、本発明の光学フィルムはこのような保護フィルムを代替する偏光子保護フィルムとして用いられることができる。
本発明による光学フィルムの位相差は、下記式によって定義されることができ、面内位相差(Rin)及び厚さ方向位相差(Rth)に区分される。また、上記面内位相差及び厚さ方向位相差の測定基準波長は550nmである。
in=(n−n)×d、
th=[(n+n)/2−n)]×d
は光学フィルムの面内屈折率において最も大きい屈折率、nは光学フィルムの面内屈折率においてnと垂直方向の屈折率、nは光学フィルムの厚さ方向の屈折率、dはフィルムの厚さを意味する。
以下では、具体的な実施例を通じて本発明をより詳細に説明する。
実施例
1.本発明による樹脂組成物の製造
実施例1
ポリ(N−シクロヘキシルマレイミド−co−メチルメタクリレート−co−α−メチルスチレン)及びポリカーボネート樹脂を98:2の重量比で均一に混合した樹脂組成物を原料ホッパ(hopper)から押出機までを窒素置換した24Φの押出機に供給して250℃において溶融し、原料ペレット(pellet)を製造した。DSCを用いて上記製造された樹脂のガラス転移温度(Tg)を測定し、その結果を下記表1に示した。
ポリカーボネート樹脂は、LG−DOWポリカーボネート社の1080DVD(MFR:80g/10min(300℃、1.2kg)、Tg=143℃)を用いており、ポリ(N−シクロヘキシルマレイミド−co−メチルメタクリレート−co−α−メチルスチレン)樹脂は、NMRの分析結果、N−シクロヘキシルマレイミドの含量が6.0重量%、α−メチルスチレンの含量は2.0重量%であった。
実施例2
ポリ(N−シクロヘキシルマレイミド−co−メチルメタクリレート−co−α−メチルスチレン)及びポリカーボネート樹脂を94:6の重量比で均一に混合したことを除いては、実施例1と同一にガラス転移温度(Tg)を測定し、その結果を下記表1に示した。
比較例1
ポリ(N−シクロヘキシルマレイミド−co−メチルメタクリレート−co−α−メチルスチレン)及びポリカーボネート樹脂を100:0の重量比で均一に混合したことを除いては、実施例1と同一にガラス転移温度(Tg)を測定し、その結果を下記表1に示した。
比較例2
ポリ(メチルメタクリレート)及びポリカーボネート樹脂を100:0の重量比で均一に混合したことを除いては、実施例1と同一にガラス転移温度(Tg)を測定し、その結果を下記表1に示した。
比較例3
ポリ(メチルメタクリレート)及びポリカーボネート樹脂を98:2の重量比で均一に混合したことを除いては、実施例1と同一にガラス転移温度(Tg)を測定し、その結果を下記表1に示した。
比較例4
ポリ(N−シクロヘキシルマレイミド−co−メチルメタクリレート−co−α−メチルスチレン)、ポリカーボネート樹脂を89:11の重量比で均一に混合したことを除いては、実施例1と同一にガラス転移温度(Tg)を測定し、その結果を下記表1に示した。
比較例5
ポリ(N−シクロヘキシルマレイミド−co−メチルメタクリレート−co−α−メチルスチレン)及びポリカーボネート樹脂を83:17の重量比で均一に混合したことを除いては、実施例1と同一にガラス転移温度(Tg)を測定し、その結果を下記表1に示した。
Figure 0005888571
2.本発明による樹脂組成物を用いた光学フィルムの製造
実施例1、実施例2及び比較例1から比較例5から得られた原料ペレットを真空乾燥して250℃において押出機で溶融した後、コートハンガータイプのT−ダイ(T−die)に通過させ、クロムめっきキャスティングロールや乾燥ロールなどを経て厚さ240μmのフィルムを製造した。
上記フィルムを実験用フィルム延伸装備を用いて各フィルムのガラス転移温度より約5℃高い129℃〜133℃の温度条件においてMD及びTD方向に表2に記載の比率で二軸延伸してフィルムを製造した。上記フィルムの面方向位相差値及び厚さ方向位相差値を下記表2に示した。
Figure 0005888571
上記実施例に示されているように、本発明による光学フィルムによると、混合比を調節することで、面内位相差及び厚さ方向位相差の絶対値が0に近い値を得ることができる点を確認することができる。
以上、本発明の実施例について詳細に説明したが、本発明の権利範囲はこれに限定されず、特許請求の範囲に記載された本発明の技術的思想から外れない範囲内で多様な修正及び変形が可能であるということは、当技術分野の通常の知識を有するものには明らかである。

Claims (8)

  1. 厚さ方向位相差(Rth)の値は、−16.9nmから0nmの光学フィルムであって、
    (A)共重合体100重量部に対して(a)アルキル(メタ)アクリレート系単位80から99.9重量部、(b)スチレン系単位0.1から10重量部、及び(c)少なくとも一つのカルボニル基置換された3から6元素ヘテロ環単位0.1から10重量部を含む3元共重合体と、
    (B)主鎖にカーボネート部を有する芳香族系樹脂と、を含み、
    前記(A)共重合体および(B)芳香族系樹脂は、90:10から99.5:0.5の重量比で混合され、
    前記厚さ方向位相差(Rth)の値は、下記の数式1で表される光学フィルム用樹脂組成物を用いて形成された光学フィルム
    [数式1]
    th=[(n+n)/2−n]×d
    ここで、nは光学フィルムの面内屈折率において最も大きい屈折率、nは光学フィルムの面内屈折率においてnと垂直方向の屈折率、nは光学フィルムの厚さ方向の屈折率、dはフィルムの厚さである。
  2. 前記(a)アルキル(メタ)アクリレート系単位のアルキル部(moiety)は、メチル基またはエチル基である、請求項1に記載の光学フィルム
  3. 前記(b)スチレン系単位は、スチレンのベンゼン環またはビニル基にC1−4アルキル及びハロゲンからなる群より選択される一つ以上の置換基で置換されたスチレンを含む、請求項1または2に記載の光学フィルム
  4. 前記(B)主鎖にカーボネート部を有する芳香族系樹脂は、下記化学式1で示される少なくとも1種の単位を5〜10,000個含む、請求項1から3のいずれか一項に記載の光学フィルム
    [化学式1]
    Figure 0005888571
    前記化学式1において、Xは少なくとも一つのベンゼン環を含む2価基である。
  5. 前記Xは、下記構造式からなる群より選択された2価基である、請求項4に記載の光学フィルム
    [構造式]
    Figure 0005888571
  6. 前記(c)少なくとも一つのカルボニル基で置換された3〜6元素ヘテロ環単位は、マレイン酸無水物、マレイミド、グルタル酸無水物、グルタルイミド、ラクトン及びラクタムからなる群より選択される、請求項1から5のいずれか一項に記載の光学フィルム
  7. 前記光学フィルム用樹脂組成物は、コンパウンディング樹脂である、請求項1から6のいずれか一項に記載の光学フィルム
  8. 前記光学フィルムは、偏光板用保護フィルムである、請求項1から7のいずれか1項に記載の光学フィルム。
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